nature.com ని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ పరిమిత CSS మద్దతును కలిగి ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, తాజా బ్రౌజర్ వెర్షన్‌ను ఉపయోగించమని మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో అనుకూలత మోడ్‌ను ఆఫ్ చేయడం). అదనంగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, ఈ సైట్ శైలులు లేదా జావాస్క్రిప్ట్‌ను కలిగి ఉండదు.
సోడియం వనరు సమృద్ధిగా ఉండటం వల్ల, సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (NIBలు) ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ కోసం ఒక ఆశాజనకమైన ప్రత్యామ్నాయ పరిష్కారాన్ని సూచిస్తాయి. ప్రస్తుతం, NIB టెక్నాలజీ అభివృద్ధిలో ప్రధాన అడ్డంకి ఏమిటంటే, సోడియం అయాన్‌లను ఎక్కువ కాలం రివర్స్‌గా నిల్వ చేయగల/విడుదల చేయగల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు లేకపోవడం. అందువల్ల, ఈ అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం NIB ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలుగా పాలీ వినైల్ ఆల్కహాల్ (PVA) మరియు సోడియం ఆల్జినేట్ (NaAlg) మిశ్రమాలపై గ్లిసరాల్ చేరిక ప్రభావాన్ని సిద్ధాంతపరంగా పరిశోధించడం. ఈ అధ్యయనం PVA, సోడియం ఆల్జినేట్ మరియు గ్లిసరాల్ మిశ్రమాల ఆధారంగా పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌ల యొక్క ఎలక్ట్రానిక్, థర్మల్ మరియు క్వాంటిటేటివ్ స్ట్రక్చర్-యాక్టివిటీ రిలేషన్‌షిప్ (QSAR) డిస్క్రిప్టర్‌లపై దృష్టి పెడుతుంది. ఈ లక్షణాలను సెమీ-ఎంపిరికల్ పద్ధతులు మరియు సాంద్రత ఫంక్షనల్ సిద్ధాంతం (DFT) ఉపయోగించి పరిశోధించారు. నిర్మాణ విశ్లేషణ PVA/ఆల్జినేట్ మరియు గ్లిసరాల్ మధ్య పరస్పర చర్యల వివరాలను వెల్లడించినందున, బ్యాండ్ గ్యాప్ ఎనర్జీ (Eg) పరిశోధించబడింది. గ్లిసరాల్ జోడించడం వల్ల Eg విలువ 0.2814 eVకి తగ్గుతుందని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. మాలిక్యులర్ ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ పొటెన్షియల్ సర్ఫేస్ (MESP) మొత్తం ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థలో ఎలక్ట్రాన్-రిచ్ మరియు ఎలక్ట్రాన్-పేద ప్రాంతాల పంపిణీని మరియు మాలిక్యులర్ ఛార్జీలను చూపిస్తుంది. అధ్యయనం చేయబడిన ఉష్ణ పారామితులలో ఎంథాల్పీ (H), ఎంట్రోపీ (ΔS), ఉష్ణ సామర్థ్యం (Cp), గిబ్స్ ఫ్రీ ఎనర్జీ (G) మరియు నిర్మాణ వేడి ఉన్నాయి. అదనంగా, మొత్తం డైపోల్ మూమెంట్ (TDM), మొత్తం శక్తి (E), అయనీకరణ సంభావ్యత (IP), లాగ్ P మరియు ధ్రువణత వంటి అనేక పరిమాణాత్మక నిర్మాణ-కార్యాచరణ సంబంధం (QSAR) వివరణలు ఈ అధ్యయనంలో పరిశోధించబడ్డాయి. పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రత మరియు గ్లిసరాల్ కంటెంట్‌తో H, ΔS, Cp, G మరియు TDM పెరిగాయని ఫలితాలు చూపించాయి. అదే సమయంలో, నిర్మాణం యొక్క వేడి, IP మరియు E తగ్గాయి, ఇది రియాక్టివిటీ మరియు ధ్రువణతను మెరుగుపరిచింది. అదనంగా, గ్లిసరాల్‌ను జోడించడం ద్వారా, సెల్ వోల్టేజ్ 2.488 Vకి పెరిగింది. ఖర్చుతో కూడుకున్న PVA/Na Alg గ్లిసరాల్-ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్‌లు వాటి మల్టీఫంక్షనాలిటీ కారణంగా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను పాక్షికంగా భర్తీ చేయగలవని చూపిస్తున్నాయి, అయితే మరిన్ని మెరుగుదలలు మరియు పరిశోధన అవసరం.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (LIBలు) విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నప్పటికీ, వాటి స్వల్ప చక్ర జీవితకాలం, అధిక ధర మరియు భద్రతా సమస్యల కారణంగా వాటి అప్లికేషన్ అనేక పరిమితులను ఎదుర్కొంటుంది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (SIBలు) వాటి విస్తృత లభ్యత, తక్కువ ధర మరియు సోడియం మూలకం యొక్క విషపూరితం కాని కారణంగా LIBలకు ఆచరణీయమైన ప్రత్యామ్నాయంగా మారవచ్చు. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (SIBలు) ఎలక్ట్రోకెమికల్ పరికరాలకు పెరుగుతున్న ముఖ్యమైన శక్తి నిల్వ వ్యవస్థగా మారుతున్నాయి1. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు అయాన్ రవాణాను సులభతరం చేయడానికి మరియు విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎలక్ట్రోలైట్‌లపై ఎక్కువగా ఆధారపడతాయి2,3. ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు ప్రధానంగా లోహ లవణాలు మరియు సేంద్రీయ ద్రావకాలతో కూడి ఉంటాయి. ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలకు ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌ల భద్రతను జాగ్రత్తగా పరిశీలించడం అవసరం, ముఖ్యంగా బ్యాటరీ ఉష్ణ లేదా విద్యుత్ ఒత్తిడికి గురైనప్పుడు4.
సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (SIBలు) వాటి సమృద్ధిగా ఉన్న సముద్ర నిల్వలు, విషరహితత మరియు తక్కువ పదార్థ వ్యయం కారణంగా సమీప భవిష్యత్తులో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను భర్తీ చేస్తాయని భావిస్తున్నారు. నానోమెటీరియల్స్ సంశ్లేషణ డేటా నిల్వ, ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఆప్టికల్ పరికరాల అభివృద్ధిని వేగవంతం చేసింది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో వివిధ నానోస్ట్రక్చర్ల (ఉదా., మెటల్ ఆక్సైడ్లు, గ్రాఫేన్, నానోట్యూబ్‌లు మరియు ఫుల్లెరెన్‌లు) అనువర్తనాన్ని ఒక పెద్ద సాహిత్యం ప్రదర్శించింది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీల బహుముఖ ప్రజ్ఞ మరియు పర్యావరణ అనుకూలత కారణంగా పాలిమర్‌లతో సహా ఆనోడ్ పదార్థాల అభివృద్ధిపై పరిశోధన దృష్టి సారించింది. పునర్వినియోగపరచదగిన పాలిమర్ బ్యాటరీల రంగంలో పరిశోధన ఆసక్తి నిస్సందేహంగా పెరుగుతుంది. ప్రత్యేకమైన నిర్మాణాలు మరియు లక్షణాలతో కూడిన నవల పాలిమర్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు పర్యావరణ అనుకూల శక్తి నిల్వ సాంకేతికతలకు మార్గం సుగమం చేసే అవకాశం ఉంది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో ఉపయోగించడానికి వివిధ పాలిమర్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు అన్వేషించబడినప్పటికీ, ఈ క్షేత్రం ఇప్పటికీ అభివృద్ధి ప్రారంభ దశలోనే ఉంది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం, విభిన్న నిర్మాణ ఆకృతీకరణలతో మరిన్ని పాలిమర్ పదార్థాలను అన్వేషించాల్సిన అవసరం ఉంది. పాలిమర్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలలో సోడియం అయాన్ల నిల్వ విధానం గురించి మనకున్న ప్రస్తుత జ్ఞానం ఆధారంగా, సంయోగ వ్యవస్థలోని కార్బొనిల్ సమూహాలు, ఫ్రీ రాడికల్స్ మరియు హెటెరోటామ్‌లు సోడియం అయాన్‌లతో పరస్పర చర్యకు క్రియాశీల సైట్‌లుగా పనిచేస్తాయని పరికల్పన చేయవచ్చు. అందువల్ల, ఈ క్రియాశీల సైట్‌ల అధిక సాంద్రతతో కొత్త పాలిమర్‌లను అభివృద్ధి చేయడం చాలా కీలకం. జెల్ పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్ (GPE) అనేది బ్యాటరీ విశ్వసనీయత, అయాన్ వాహకత, లీకేజీ లేకపోవడం, అధిక వశ్యత మరియు మంచి పనితీరును మెరుగుపరిచే ప్రత్యామ్నాయ సాంకేతికత12.
పాలిమర్ మాత్రికలలో PVA మరియు పాలిథిలిన్ ఆక్సైడ్ (PEO) వంటి పదార్థాలు ఉంటాయి13. జెల్ పారగమ్య పాలిమర్ (GPE) పాలిమర్ మాతృకలోని ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌ను స్థిరీకరిస్తుంది, ఇది వాణిజ్య విభజనలతో పోలిస్తే లీకేజీ ప్రమాదాన్ని తగ్గిస్తుంది14. PVA అనేది సింథటిక్ బయోడిగ్రేడబుల్ పాలిమర్. ఇది అధిక పర్మిటివిటీని కలిగి ఉంటుంది, చవకైనది మరియు విషపూరితం కాదు. ఈ పదార్థం దాని ఫిల్మ్-ఫార్మింగ్ లక్షణాలు, రసాయన స్థిరత్వం మరియు సంశ్లేషణకు ప్రసిద్ధి చెందింది. ఇది ఫంక్షనల్ (OH) సమూహాలను మరియు అధిక క్రాస్-లింకింగ్ పొటెన్షియల్ డెన్సిటీని కూడా కలిగి ఉంటుంది15,16,17. పాలిమర్ బ్లెండింగ్, ప్లాస్టిసైజర్ జోడింపు, మిశ్రమ జోడింపు మరియు ఇన్ సిటు పాలిమరైజేషన్ పద్ధతులు మాతృక స్ఫటికీకరణను తగ్గించడానికి మరియు గొలుసు వశ్యతను పెంచడానికి PVA-ఆధారిత పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌ల వాహకతను మెరుగుపరచడానికి ఉపయోగించబడ్డాయి18,19,20.
పారిశ్రామిక అనువర్తనాల కోసం పాలిమెరిక్ పదార్థాలను అభివృద్ధి చేయడానికి బ్లెండింగ్ ఒక ముఖ్యమైన పద్ధతి. పాలిమర్ మిశ్రమాలను తరచుగా వీటికి ఉపయోగిస్తారు: (1) పారిశ్రామిక అనువర్తనాల్లో సహజ పాలిమర్‌ల ప్రాసెసింగ్ లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి; (2) బయోడిగ్రేడబుల్ పదార్థాల రసాయన, భౌతిక మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి; మరియు (3) ఆహార ప్యాకేజింగ్ పరిశ్రమలో కొత్త పదార్థాలకు వేగంగా మారుతున్న డిమాండ్‌కు అనుగుణంగా. కోపాలిమరైజేషన్ మాదిరిగా కాకుండా, పాలిమర్ బ్లెండింగ్ అనేది తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన ప్రక్రియ, ఇది కావలసిన లక్షణాలను సాధించడానికి సంక్లిష్టమైన రసాయన ప్రక్రియల కంటే సరళమైన భౌతిక ప్రక్రియలను ఉపయోగిస్తుంది21. హోమోపాలిమర్‌లను ఏర్పరచడానికి, వివిధ పాలిమర్‌లు డైపోల్-డైపోల్ శక్తులు, హైడ్రోజన్ బంధాలు లేదా ఛార్జ్-ట్రాన్స్‌ఫర్ కాంప్లెక్స్‌ల ద్వారా సంకర్షణ చెందుతాయి22,23. సహజ మరియు సింథటిక్ పాలిమర్‌ల నుండి తయారైన మిశ్రమాలు అద్భుతమైన యాంత్రిక లక్షణాలతో మంచి బయో కాంపాబిలిటీని మిళితం చేయగలవు24,25. అందువల్ల, సింథటిక్ మరియు సహజ పాలిమర్‌లను కలపడం ద్వారా బయోరిలెవెంట్ పాలిమెరిక్ పదార్థాలను సృష్టించడంలో గొప్ప ఆసక్తి ఉంది. PVAని సోడియం ఆల్జినేట్ (NaAlg), సెల్యులోజ్, చిటోసాన్ మరియు స్టార్చ్‌తో కలపవచ్చు26.
సోడియం ఆల్జీనేట్ అనేది సముద్రపు గోధుమ ఆల్గే నుండి సేకరించిన సహజ పాలిమర్ మరియు అయానిక్ పాలిసాకరైడ్. సోడియం ఆల్జీనేట్ β-(1-4)-లింక్డ్ D-మన్నూరోనిక్ ఆమ్లం (M) మరియు α-(1-4)-లింక్డ్ L-గులురోనిక్ ఆమ్లం (G) లను హోమోపాలిమెరిక్ రూపాలు (పాలీ-M మరియు పాలీ-G) మరియు హెటెరోపాలిమెరిక్ బ్లాక్‌లు (MG లేదా GM)27 గా వ్యవస్థీకరించబడి ఉంటుంది. M మరియు G బ్లాక్‌ల కంటెంట్ మరియు సాపేక్ష నిష్పత్తి ఆల్జీనేట్ యొక్క రసాయన మరియు భౌతిక లక్షణాలపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది28,29. సోడియం ఆల్జీనేట్ దాని బయోడిగ్రేడబిలిటీ, బయో కాంపాబిలిటీ, తక్కువ ధర, మంచి ఫిల్మ్-ఫార్మింగ్ లక్షణాలు మరియు విషరహితత కారణంగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది మరియు అధ్యయనం చేయబడుతుంది. అయితే, ఆల్జీనేట్ గొలుసులోని పెద్ద సంఖ్యలో ఉచిత హైడ్రాక్సిల్ (OH) మరియు కార్బాక్సిలేట్ (COO) సమూహాలు ఆల్జీనేట్‌ను అత్యంత హైడ్రోఫిలిక్‌గా చేస్తాయి. అయితే, ఆల్జీనేట్ దాని పెళుసుదనం మరియు దృఢత్వం కారణంగా పేలవమైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, నీటి సున్నితత్వం మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి ఆల్జీనేట్‌ను ఇతర సింథటిక్ పదార్థాలతో కలపవచ్చు30,31.
కొత్త ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను రూపొందించే ముందు, కొత్త పదార్థాల తయారీ సాధ్యాసాధ్యాలను అంచనా వేయడానికి DFT గణనలను తరచుగా ఉపయోగిస్తారు. అదనంగా, శాస్త్రవేత్తలు ప్రయోగాత్మక ఫలితాలను నిర్ధారించడానికి మరియు అంచనా వేయడానికి, సమయాన్ని ఆదా చేయడానికి, రసాయన వ్యర్థాలను తగ్గించడానికి మరియు పరస్పర ప్రవర్తనను అంచనా వేయడానికి మాలిక్యులర్ మోడలింగ్‌ను ఉపయోగిస్తారు32. మెటీరియల్ సైన్స్, నానోమెటీరియల్స్, కంప్యూటేషనల్ కెమిస్ట్రీ మరియు డ్రగ్ డిస్కవరీతో సహా అనేక రంగాలలో మాలిక్యులర్ మోడలింగ్ సైన్స్ యొక్క శక్తివంతమైన మరియు ముఖ్యమైన శాఖగా మారింది33,34. మోడలింగ్ ప్రోగ్రామ్‌లను ఉపయోగించి, శాస్త్రవేత్తలు శక్తి (నిర్మాణ వేడి, అయనీకరణ సంభావ్యత, క్రియాశీలత శక్తి మొదలైనవి) మరియు జ్యామితి (బంధ కోణాలు, బంధ పొడవులు మరియు టోర్షన్ కోణాలు)35తో సహా పరమాణు డేటాను నేరుగా పొందవచ్చు36. అదనంగా, ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలు (ఛార్జ్, HOMO మరియు LUMO బ్యాండ్ గ్యాప్ శక్తి, ఎలక్ట్రాన్ అనుబంధం), స్పెక్ట్రల్ లక్షణాలు (FTIR స్పెక్ట్రా వంటి లక్షణ వైబ్రేషనల్ మోడ్‌లు మరియు తీవ్రతలు), మరియు బల్క్ లక్షణాలు (వాల్యూమ్, డిఫ్యూజన్, స్నిగ్ధత, మాడ్యులస్, మొదలైనవి)36 లెక్కించవచ్చు.
LiNiPO4 దాని అధిక శక్తి సాంద్రత (సుమారు 5.1 V పని వోల్టేజ్) కారణంగా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలతో పోటీ పడటంలో సంభావ్య ప్రయోజనాలను చూపుతుంది. అధిక-వోల్టేజ్ ప్రాంతంలో LiNiPO4 యొక్క ప్రయోజనాన్ని పూర్తిగా ఉపయోగించుకోవడానికి, పని వోల్టేజ్‌ను తగ్గించాల్సిన అవసరం ఉంది ఎందుకంటే ప్రస్తుతం అభివృద్ధి చేయబడిన అధిక-వోల్టేజ్ ఎలక్ట్రోలైట్ 4.8 V కంటే తక్కువ వోల్టేజ్‌ల వద్ద మాత్రమే సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది. జాంగ్ మరియు ఇతరులు LiNiPO4 యొక్క Ni సైట్‌లోని అన్ని 3d, 4d మరియు 5d పరివర్తన లోహాల డోపింగ్‌ను పరిశోధించారు, అద్భుతమైన ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరుతో డోపింగ్ నమూనాలను ఎంచుకున్నారు మరియు దాని ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు యొక్క సాపేక్ష స్థిరత్వాన్ని కొనసాగిస్తూ LiNiPO4 యొక్క పని వోల్టేజ్‌ను సర్దుబాటు చేశారు. వారు పొందిన అత్యల్ప పని వోల్టేజీలు Ti, Nb మరియు Ta-డోప్డ్ LiNiPO4 లకు వరుసగా 4.21, 3.76 మరియు 3.5037.
అందువల్ల, ఈ అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం, పునర్వినియోగపరచదగిన అయాన్-అయాన్ బ్యాటరీలలో దాని అప్లికేషన్ కోసం క్వాంటం మెకానికల్ గణనలను ఉపయోగించి PVA/NaAlg వ్యవస్థ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలు, QSAR డిస్క్రిప్టర్లు మరియు ఉష్ణ లక్షణాలపై ప్లాస్టిసైజర్‌గా గ్లిసరాల్ ప్రభావాన్ని సిద్ధాంతపరంగా పరిశోధించడం. PVA/NaAlg మోడల్ మరియు గ్లిసరాల్ మధ్య పరమాణు పరస్పర చర్యలను బాడర్ యొక్క క్వాంటం అటామిక్ థియరీ ఆఫ్ అణువులు (QTAIM) ఉపయోగించి విశ్లేషించారు.
NaAlg తో PVA యొక్క పరస్పర చర్యను మరియు తరువాత గ్లిసరాల్ తో పరస్పర చర్యను సూచించే ఒక అణువు నమూనాను DFT ఉపయోగించి ఆప్టిమైజ్ చేశారు. ఈ నమూనాను ఈజిప్ట్‌లోని కైరోలోని నేషనల్ రీసెర్చ్ సెంటర్‌లోని స్పెక్ట్రోస్కోపీ విభాగంలో గాస్సియన్ 0938 సాఫ్ట్‌వేర్ ఉపయోగించి లెక్కించారు. B3LYP/6-311G(d, p) స్థాయిలో DFT ఉపయోగించి మోడల్‌లను ఆప్టిమైజ్ చేశారు39,40,41,42. అధ్యయనం చేయబడిన నమూనాల మధ్య పరస్పర చర్యను ధృవీకరించడానికి, అదే స్థాయిలో సిద్ధాంతంలో నిర్వహించిన ఫ్రీక్వెన్సీ అధ్యయనాలు ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన జ్యామితి యొక్క స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. మూల్యాంకనం చేయబడిన అన్ని ఫ్రీక్వెన్సీలలో ప్రతికూల ఫ్రీక్వెన్సీలు లేకపోవడం సంభావ్య శక్తి ఉపరితలంపై నిజమైన సానుకూల కనిష్టంలో ఊహించిన నిర్మాణాన్ని హైలైట్ చేస్తుంది. TDM, HOMO/LUMO బ్యాండ్ గ్యాప్ ఎనర్జీ మరియు MESP వంటి భౌతిక పారామితులను అదే క్వాంటం మెకానికల్ స్థాయిలో సిద్ధాంతంలో లెక్కించారు. అదనంగా, పట్టిక 1లో ఇవ్వబడిన సూత్రాలను ఉపయోగించి తుది నిర్మాణం యొక్క వేడి, స్వేచ్ఛా శక్తి, ఎంట్రోపీ, ఎంథాల్పీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం వంటి కొన్ని ఉష్ణ పారామితులను లెక్కించారు. అధ్యయనం చేయబడిన నిర్మాణాల ఉపరితలంపై సంభవించే పరస్పర చర్యలను గుర్తించడానికి అధ్యయనం చేయబడిన నమూనాలను అణువులలో అణువుల క్వాంటం సిద్ధాంతం (QTAIM) విశ్లేషణకు గురి చేశారు. ఈ గణనలను గాస్సియన్ 09 సాఫ్ట్‌వేర్ కోడ్‌లోని “అవుట్‌పుట్=wfn” ఆదేశాన్ని ఉపయోగించి నిర్వహించి, ఆపై అవగాడ్రో సాఫ్ట్‌వేర్ కోడ్43ని ఉపయోగించి దృశ్యమానం చేశారు.
ఇక్కడ E అనేది అంతర్గత శక్తి, P అనేది పీడనం, V అనేది ఘనపరిమాణం, Q అనేది వ్యవస్థ మరియు దాని పర్యావరణం మధ్య ఉష్ణ మార్పిడి, T అనేది ఉష్ణోగ్రత, ΔH అనేది ఎంథాల్పీ మార్పు, ΔG అనేది స్వేచ్ఛా శక్తి మార్పు, ΔS అనేది ఎంట్రోపీ మార్పు, a మరియు b అనేది కంపన పారామితులు, q అనేది అణు ఛార్జ్ మరియు C అనేది అణు ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత44,45. చివరగా, అదే నిర్మాణాలను ఆప్టిమైజ్ చేశారు మరియు ఈజిప్టులోని కైరోలోని నేషనల్ రీసెర్చ్ సెంటర్ యొక్క స్పెక్ట్రోస్కోపీ విభాగంలో SCIGRESS సాఫ్ట్‌వేర్ కోడ్46 ఉపయోగించి PM6 స్థాయిలో QSAR పారామితులను లెక్కించారు.
మా మునుపటి పనిలో47, రెండు NaAlg యూనిట్లతో మూడు PVA యూనిట్ల పరస్పర చర్యను వివరించే అత్యంత సంభావ్య నమూనాను మేము మూల్యాంకనం చేసాము, గ్లిసరాల్ ప్లాస్టిసైజర్‌గా పనిచేస్తుంది. పైన చెప్పినట్లుగా, PVA మరియు NaAlg యొక్క పరస్పర చర్యకు రెండు అవకాశాలు ఉన్నాయి. 3PVA-2Na Alg (కార్బన్ సంఖ్య 10 ఆధారంగా) మరియు టర్మ్ 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg గా నియమించబడిన రెండు నమూనాలు, పరిగణించబడిన ఇతర నిర్మాణాలతో పోలిస్తే అతి తక్కువ శక్తి అంతర విలువను కలిగి ఉన్నాయి. అందువల్ల, PVA/Na Alg మిశ్రమ పాలిమర్ యొక్క అత్యంత సంభావ్య నమూనాపై గ్లై జోడింపు ప్రభావాన్ని తరువాతి రెండు నిర్మాణాలను ఉపయోగించి పరిశోధించారు: 3PVA-(C10)2Na Alg (సరళత కోసం 3PVA-2Na Alg అని పిలుస్తారు) మరియు టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. సాహిత్యం ప్రకారం, PVA, NaAlg మరియు గ్లిసరాల్ హైడ్రాక్సిల్ ఫంక్షనల్ సమూహాల మధ్య బలహీనమైన హైడ్రోజన్ బంధాలను మాత్రమే ఏర్పరుస్తాయి. PVA ట్రైమర్ మరియు NaAlg మరియు గ్లిసరాల్ డైమర్ రెండూ అనేక OH సమూహాలను కలిగి ఉన్నందున, OH సమూహాలలో ఒకదాని ద్వారా సంపర్కాన్ని గ్రహించవచ్చు. మోడల్ గ్లిసరాల్ అణువు మరియు మోడల్ అణువు 3PVA-2Na Alg మధ్య పరస్పర చర్యను చిత్రం 1 చూపిస్తుంది మరియు మోడల్ అణువు టర్మ్ 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg మరియు గ్లిసరాల్ యొక్క వివిధ సాంద్రతల మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క నిర్మిత నమూనాను చిత్రం 2 చూపిస్తుంది.
ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన నిర్మాణాలు: (ఎ) గ్లై మరియు 3PVA − 2Na Alg (బి) 1 గ్లై, (సి) 2 గ్లై, (డి) 3 గ్లై, (ఇ) 4 గ్లై, మరియు (ఎఫ్) 5 గ్లైతో సంకర్షణ చెందుతాయి.
(a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, మరియు (f) 6 Gly లతో సంకర్షణ చెందే టర్మ్ 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg యొక్క ఆప్టిమైజ్డ్ నిర్మాణాలు.
ఏదైనా ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క రియాక్టివిటీని అధ్యయనం చేసేటప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ బ్యాండ్ గ్యాప్ శక్తి పరిగణించవలసిన ముఖ్యమైన పరామితి. ఎందుకంటే ఇది పదార్థం బాహ్య మార్పులకు గురైనప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవర్తనను వివరిస్తుంది. అందువల్ల, అధ్యయనం చేయబడిన అన్ని నిర్మాణాలకు HOMO/LUMO యొక్క ఎలక్ట్రాన్ బ్యాండ్ గ్యాప్ శక్తులను అంచనా వేయడం అవసరం. గ్లిసరాల్ జోడించడం వల్ల 3PVA-(C10)2Na Alg మరియు టర్మ్ 1Na Alg − 3PVA- మిడ్ 1Na Alg యొక్క HOMO/LUMO శక్తులలో మార్పులను టేబుల్ 2 చూపిస్తుంది. ref47 ప్రకారం, 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క Eg విలువ 0.2908 eV, అయితే రెండవ పరస్పర చర్య యొక్క సంభావ్యతను ప్రతిబింబించే నిర్మాణం యొక్క Eg విలువ (అంటే, Term 1Na Alg − 3PVA- మిడ్ 1Na Alg) 0.5706 eV.
అయితే, గ్లిసరాల్ కలపడం వల్ల 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క Eg విలువలో స్వల్ప మార్పు వచ్చినట్లు కనుగొనబడింది. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో సంకర్షణ చెందినప్పుడు, దాని Eg విలువలు వరుసగా 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 మరియు 0.281 eVగా మారాయి. అయితే, 3 గ్లిసరాల్ యూనిట్లను జోడించిన తర్వాత, Eg విలువ 3PVA-(C10)2Na Alg కంటే చిన్నదిగా మారిందని విలువైన అంతర్దృష్టి ఉంది. ఐదు గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క పరస్పర చర్యను సూచించే మోడల్ అత్యంత సంభావ్య పరస్పర చర్య నమూనా. దీని అర్థం గ్లిసరాల్ యూనిట్ల సంఖ్య పెరిగేకొద్దీ, పరస్పర చర్య యొక్క సంభావ్యత కూడా పెరుగుతుంది.
ఇంతలో, సంకర్షణ యొక్క రెండవ సంభావ్యత కోసం, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly మరియు Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly లను సూచించే మోడల్ అణువుల HOMO/LUMO శక్తులు వరుసగా 1.343, 1.34 7, 0.976, 0.607, 0.348 మరియు 0.496 eV గా మారతాయి. పట్టిక 2 అన్ని నిర్మాణాలకు లెక్కించిన HOMO/LUMO బ్యాండ్ గ్యాప్ శక్తులను చూపుతుంది. అంతేకాకుండా, మొదటి సమూహం యొక్క పరస్పర సంభావ్యత యొక్క అదే ప్రవర్తన ఇక్కడ పునరావృతమవుతుంది.
ఘన స్థితి భౌతిక శాస్త్రంలో బ్యాండ్ సిద్ధాంతం ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ తగ్గినప్పుడు, పదార్థం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత పెరుగుతుందని పేర్కొంది. సోడియం-అయాన్ కాథోడ్ పదార్థాల బ్యాండ్ గ్యాప్‌ను తగ్గించడానికి డోపింగ్ ఒక సాధారణ పద్ధతి. జియాంగ్ మరియు ఇతరులు β-NaMnO2 లేయర్డ్ పదార్థాల ఎలక్ట్రానిక్ వాహకతను మెరుగుపరచడానికి Cu డోపింగ్‌ను ఉపయోగించారు. DFT గణనలను ఉపయోగించి, డోపింగ్ పదార్థం యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్‌ను 0.7 eV నుండి 0.3 eVకి తగ్గించిందని వారు కనుగొన్నారు. ఇది Cu డోపింగ్ β-NaMnO2 పదార్థం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ వాహకతను మెరుగుపరుస్తుందని సూచిస్తుంది.
MESP అనేది పరమాణు ఛార్జ్ పంపిణీ మరియు ఒకే సానుకూల చార్జ్ మధ్య పరస్పర శక్తిగా నిర్వచించబడింది. రసాయన లక్షణాలు మరియు రియాక్టివిటీని అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు వివరించడానికి MESP ఒక ప్రభావవంతమైన సాధనంగా పరిగణించబడుతుంది. పాలిమెరిక్ పదార్థాల మధ్య పరస్పర చర్యల విధానాలను అర్థం చేసుకోవడానికి MESPని ఉపయోగించవచ్చు. MESP అధ్యయనంలో ఉన్న సమ్మేళనంలోని ఛార్జ్ పంపిణీని వివరిస్తుంది. అదనంగా, MESP అధ్యయనం కింద ఉన్న పదార్థాలలోని క్రియాశీల సైట్‌ల గురించి సమాచారాన్ని అందిస్తుంది32. చిత్రం 3 సిద్ధాంతం యొక్క B3LYP/6-311G(d, p) స్థాయిలో అంచనా వేయబడిన 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, మరియు 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly యొక్క MESP ప్లాట్‌లను చూపిస్తుంది.
(a) Gly మరియు 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, మరియు (f) 5 Gly తో సంకర్షణ చెందడానికి B3LYP/6-311 g(d, p) తో MESP ఆకృతులు లెక్కించబడ్డాయి.
ఇంతలో, Fig. 4 టర్మ్ 1Na Alg- 3PVA – మిడ్ 1Na Alg, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg- 1Gly, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg − 2Gly, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg − 3gly, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg − 4Gly, టర్మ్ 1Na Alg- 3PVA – మిడ్ 1Na Alg- 5gly మరియు టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg − 6Gly కోసం MESP యొక్క లెక్కించిన ఫలితాలను చూపిస్తుంది. లెక్కించిన MESP వరుసగా కాంటూర్ ప్రవర్తనగా సూచించబడుతుంది. కాంటూర్ రేఖలు వేర్వేరు రంగులతో సూచించబడతాయి. ప్రతి రంగు వేరే ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ విలువను సూచిస్తుంది. ఎరుపు రంగు అధిక ఎలక్ట్రోనెగటివ్ లేదా రియాక్టివ్ సైట్‌లను సూచిస్తుంది. ఇంతలో, పసుపు రంగు నిర్మాణంలో తటస్థ సైట్లు 49, 50, 51 లను సూచిస్తుంది. అధ్యయనం చేయబడిన నమూనాల చుట్టూ ఎరుపు రంగు పెరుగుదలతో 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క రియాక్టివిటీ పెరిగిందని MESP ఫలితాలు చూపించాయి. ఇంతలో, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA - మిడ్ 1Na Alg మోడల్ అణువు యొక్క MESP మ్యాప్‌లో ఎరుపు రంగు తీవ్రత వేర్వేరు గ్లిసరాల్ కంటెంట్‌తో పరస్పర చర్య కారణంగా తగ్గుతుంది. ప్రతిపాదిత నిర్మాణం చుట్టూ ఎరుపు రంగు పంపిణీలో మార్పు రియాక్టివిటీని ప్రతిబింబిస్తుంది, అయితే తీవ్రత పెరుగుదల గ్లిసరాల్ కంటెంట్ పెరుగుదల కారణంగా 3PVA-(C10)2Na Alg మోడల్ అణువు యొక్క ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ పెరుగుదలను నిర్ధారిస్తుంది.
B3LYP/6-311 g(d, p) లెక్కించిన MESP టర్మ్ 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, మరియు (f) 6 Gly తో సంకర్షణ చెందుతుంది.
ప్రతిపాదిత నిర్మాణాలన్నీ 200 K నుండి 500 K వరకు వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లెక్కించబడిన ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ, ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు నిర్మాణ వేడి వంటి వాటి ఉష్ణ పారామితులను కలిగి ఉంటాయి. భౌతిక వ్యవస్థల ప్రవర్తనను వివరించడానికి, వాటి ఎలక్ట్రానిక్ ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేయడంతో పాటు, ఒకదానితో ఒకటి పరస్పర చర్య కారణంగా వాటి ఉష్ణ ప్రవర్తనను ఉష్ణోగ్రత యొక్క విధిగా అధ్యయనం చేయడం కూడా అవసరం, దీనిని టేబుల్ 1లో ఇవ్వబడిన సమీకరణాలను ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు. ఈ ఉష్ణ పారామితుల అధ్యయనం వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అటువంటి భౌతిక వ్యవస్థల ప్రతిస్పందన మరియు స్థిరత్వానికి ముఖ్యమైన సూచికగా పరిగణించబడుతుంది.
PVA ట్రైమర్ యొక్క ఎంథాల్పీ విషయానికొస్తే, అది మొదట NaAlg డైమర్‌తో, తరువాత కార్బన్ అణువు #10కి అనుసంధానించబడిన OH సమూహం ద్వారా మరియు చివరకు గ్లిసరాల్‌తో చర్య జరుపుతుంది. ఎంథాల్పీ అనేది థర్మోడైనమిక్ వ్యవస్థలోని శక్తి యొక్క కొలత. ఎంథాల్పీ అనేది వ్యవస్థలోని మొత్తం వేడికి సమానం, ఇది వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత శక్తితో పాటు దాని వాల్యూమ్ మరియు పీడనం యొక్క ఉత్పత్తికి సమానం. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఎంథాల్పీ అనేది ఒక పదార్థానికి ఎంత వేడి మరియు పని జోడించబడిందో లేదా తీసివేయబడిందో చూపిస్తుంది52.
వివిధ గ్లిసరాల్ సాంద్రతలతో 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క ప్రతిచర్య సమయంలో ఎంథాల్పీ మార్పులను చిత్రం 5 చూపిస్తుంది. A0, A1, A2, A3, A4, మరియు A5 అనే సంక్షిప్తాలు మోడల్ అణువులైన 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly, మరియు 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly లను సూచిస్తాయి. చిత్రం 5a పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రత మరియు గ్లిసరాల్ కంటెంట్‌తో ఎంథాల్పీ పెరుగుతుందని చూపిస్తుంది. 200 K వద్ద 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (అంటే, A5) ను సూచించే నిర్మాణం యొక్క ఎంథాల్పీ 27.966 cal/mol, అయితే 200 K వద్ద 3PVA- 2NaAlg ను సూచించే నిర్మాణం యొక్క ఎంథాల్పీ 13.490 cal/mol. చివరగా, ఎంథాల్పీ సానుకూలంగా ఉన్నందున, ఈ ప్రతిచర్య ఎండోథెర్మిక్.
ఎంట్రోపీ అనేది క్లోజ్డ్ థర్మోడైనమిక్ వ్యవస్థలో అందుబాటులో లేని శక్తి యొక్క కొలతగా నిర్వచించబడింది మరియు ఇది తరచుగా వ్యవస్థ యొక్క రుగ్మత యొక్క కొలతగా పరిగణించబడుతుంది. మూర్తి 5b ఉష్ణోగ్రతతో 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క ఎంట్రోపీలో మార్పును మరియు అది వివిధ గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో ఎలా సంకర్షణ చెందుతుందో చూపిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రత 200 K నుండి 500 K వరకు పెరిగేకొద్దీ ఎంట్రోపీ రేఖీయంగా మారుతుందని గ్రాఫ్ చూపిస్తుంది. 3PVA-(C10)2Na Alg మోడల్ యొక్క ఎంట్రోపీ 200 K వద్ద 200 cal/K/mol వరకు ఉంటుందని చిత్రం 5b స్పష్టంగా చూపిస్తుంది ఎందుకంటే 3PVA-(C10)2Na Alg మోడల్ తక్కువ లాటిస్ డిజార్డర్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, 3PVA-(C10)2Na Alg మోడల్ అస్తవ్యస్తంగా మారుతుంది మరియు పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో ఎంట్రోపీ పెరుగుదలను వివరిస్తుంది. అంతేకాకుండా, 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly యొక్క నిర్మాణం అత్యధిక ఎంట్రోపీ విలువను కలిగి ఉందని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది.
ఉష్ణోగ్రతతో ఉష్ణ సామర్థ్యంలో మార్పును చూపించే Figure 5c లో కూడా ఇదే ప్రవర్తన గమనించబడింది. ఉష్ణ సామర్థ్యం అనేది ఇచ్చిన మొత్తంలో పదార్థం యొక్క ఉష్ణోగ్రతను 1 °C47 ద్వారా మార్చడానికి అవసరమైన వేడి మొత్తం. Figure 5c 1, 2, 3, 4, మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో పరస్పర చర్యల కారణంగా మోడల్ అణువు 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క ఉష్ణ సామర్థ్యంలో మార్పులను చూపిస్తుంది. మోడల్ 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క ఉష్ణ సామర్థ్యం ఉష్ణోగ్రతతో సరళంగా పెరుగుతుందని ఈ చిత్రం చూపిస్తుంది. పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో ఉష్ణ సామర్థ్యంలో గమనించిన పెరుగుదల ఫోనాన్ థర్మల్ వైబ్రేషన్లకు కారణమని చెప్పవచ్చు. అదనంగా, గ్లిసరాల్ కంటెంట్ పెరుగుదల మోడల్ 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క ఉష్ణ సామర్థ్యం పెరుగుదలకు దారితీస్తుందని ఆధారాలు ఉన్నాయి. ఇంకా, నిర్మాణం 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ఇతర నిర్మాణాలతో పోలిస్తే అత్యధిక ఉష్ణ సామర్థ్యం విలువను కలిగి ఉందని చూపిస్తుంది.
అధ్యయనం చేయబడిన నిర్మాణాల కోసం ఉచిత శక్తి మరియు తుది నిర్మాణ వేడి వంటి ఇతర పారామితులను లెక్కించారు మరియు అవి వరుసగా చిత్రం 5d మరియు e లలో చూపబడ్డాయి. నిర్మాణం యొక్క తుది ఉష్ణం అనేది స్థిరమైన ఒత్తిడిలో దానిలోని మూలకాల నుండి స్వచ్ఛమైన పదార్ధం ఏర్పడేటప్పుడు విడుదలయ్యే లేదా గ్రహించబడే వేడి. స్వేచ్ఛా శక్తిని శక్తికి సమానమైన లక్షణంగా నిర్వచించవచ్చు, అనగా, దాని విలువ ప్రతి థర్మోడైనమిక్ స్థితిలో ఉన్న పదార్ధం మొత్తంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ఏర్పడే స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు వేడి అత్యల్పంగా ఉన్నాయి మరియు వరుసగా -1318.338 మరియు -1628.154 kcal/mol. దీనికి విరుద్ధంగా, 3PVA-(C10)2NaAlgని సూచించే నిర్మాణం ఇతర నిర్మాణాలతో పోలిస్తే వరుసగా -690.340 మరియు -830.673 kcal/mol యొక్క అత్యధిక ఉచిత శక్తి మరియు నిర్మాణ వేడిని కలిగి ఉంటుంది. చిత్రం 5లో చూపిన విధంగా, గ్లిసరాల్‌తో పరస్పర చర్య కారణంగా వివిధ ఉష్ణ లక్షణాలు మారుతాయి. గిబ్స్ స్వేచ్ఛా శక్తి ప్రతికూలంగా ఉంటుంది, ఇది ప్రతిపాదిత నిర్మాణం స్థిరంగా ఉందని సూచిస్తుంది.
PM6 స్వచ్ఛమైన 3PVA- (C10) 2Na Alg (మోడల్ A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (మోడల్ A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (మోడల్ A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (మోడల్ A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (మోడల్ A4), మరియు 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (మోడల్ A5) యొక్క ఉష్ణ పారామితులను లెక్కించింది, ఇక్కడ (a) అనేది ఎంథాల్పీ, (b) ఎంట్రోపీ, (c) ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​(d) స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు (e) నిర్మాణం యొక్క వేడి.
మరోవైపు, PVA ట్రైమర్ మరియు డైమెరిక్ NaAlg మధ్య రెండవ పరస్పర చర్య మోడ్ PVA ట్రైమర్ నిర్మాణంలో టెర్మినల్ మరియు మధ్య OH సమూహాలలో జరుగుతుంది. మొదటి సమూహంలో వలె, ఉష్ణ పారామితులను అదే స్థాయి సిద్ధాంతాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించారు. చిత్రం 6a-e ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ, ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​ఉచిత శక్తి మరియు చివరికి, నిర్మాణ వేడి యొక్క వైవిధ్యాలను చూపుతుంది. 1, 2, 3, 4, 5 మరియు 6 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో సంకర్షణ చెందుతున్నప్పుడు టర్మ్ 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg యొక్క ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం మొదటి సమూహం వలె అదే ప్రవర్తనను ప్రదర్శిస్తాయని గణాంకాలు 6a-c చూపిస్తున్నాయి. అంతేకాకుండా, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో వాటి విలువలు క్రమంగా పెరుగుతాయి. అదనంగా, ప్రతిపాదిత టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg మోడల్‌లో, గ్లిసరాల్ కంటెంట్ పెరుగుదలతో ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం విలువలు పెరిగాయి. B0, B1, B2, B3, B4, B5 మరియు B6 అనే సంక్షిప్తాలు వరుసగా ఈ క్రింది నిర్మాణాలను సూచిస్తాయి: Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 2gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 3gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly మరియు Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Fig. 6a–cలో చూపిన విధంగా, గ్లిసరాల్ యూనిట్ల సంఖ్య 1 నుండి 6కి పెరిగే కొద్దీ ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం విలువలు పెరుగుతాయని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది.
PM6 స్వచ్ఛమైన టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg (మోడల్ B0), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg – 1 గ్లై (మోడల్ B1), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg – 2 గ్లై (మోడల్ B2), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg – 3 గ్లై (మోడల్ B3), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg – 4 గ్లై (మోడల్ B4), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg – 5 గ్లై (మోడల్ B5), మరియు టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg – 6 గ్లై (మోడల్ B6) యొక్క ఉష్ణ పారామితులను లెక్కించింది, వీటిలో (a) ఎంథాల్పీ, (b) ఎంట్రోపీ, (c) ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​(d) స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు (e) నిర్మాణ వేడి ఉన్నాయి.
అదనంగా, టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg- 6 గ్లైను సూచించే నిర్మాణం ఇతర నిర్మాణాలతో పోలిస్తే ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం యొక్క అత్యధిక విలువలను కలిగి ఉంది. వాటిలో, వాటి విలువలు టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- మిడ్ 1 Na Algలో వరుసగా 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K మరియు 131.323 kcal/mol నుండి టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- మిడ్ 1 Na Algలో వరుసగా 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K మరియు 275.923 kcal/mol వరకు పెరిగాయి.
అయితే, 6d మరియు e గణాంకాలు స్వేచ్ఛా శక్తి యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటాన్ని మరియు తుది నిర్మాణ వేడిని (HF) చూపుతాయి. సహజ మరియు ప్రామాణిక పరిస్థితులలో ఒక పదార్ధం యొక్క ఒక మోల్ దాని మూలకాల నుండి ఏర్పడినప్పుడు సంభవించే ఎంథాల్పీ మార్పుగా HF ను నిర్వచించవచ్చు. అధ్యయనం చేయబడిన అన్ని నిర్మాణాల యొక్క స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు తుది నిర్మాణ వేడి ఉష్ణోగ్రతపై సరళ ఆధారపడటాన్ని చూపుతాయని బొమ్మ నుండి స్పష్టంగా తెలుస్తుంది, అనగా అవి క్రమంగా మరియు రేఖీయంగా పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పెరుగుతాయి. అదనంగా, టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly ని సూచించే నిర్మాణం అత్యల్ప ఉచిత శక్తిని మరియు అత్యల్ప HF ను కలిగి ఉందని కూడా బొమ్మ నిర్ధారించింది. 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly అనే పదంలో రెండు పారామితులు -758.337 నుండి -899.741 K cal/mol కు -1,476.591 మరియు -1,828.523 K cal/mol కు తగ్గాయి. గ్లిసరాల్ యూనిట్ల పెరుగుదలతో HF తగ్గుతుందని ఫలితాల నుండి స్పష్టంగా తెలుస్తుంది. దీని అర్థం క్రియాత్మక సమూహాల పెరుగుదల కారణంగా, రియాక్టివిటీ కూడా పెరుగుతుంది మరియు అందువల్ల ప్రతిచర్యను నిర్వహించడానికి తక్కువ శక్తి అవసరం. ప్లాస్టిసైజ్ చేయబడిన PVA/NaAlg దాని అధిక రియాక్టివిటీ కారణంగా బ్యాటరీలలో ఉపయోగించవచ్చని ఇది నిర్ధారిస్తుంది.
సాధారణంగా, ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలను రెండు రకాలుగా విభజించారు: తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలు మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలు. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల ప్రభావాలు ప్రధానంగా గ్రీన్‌ల్యాండ్, కెనడా మరియు రష్యా వంటి అధిక అక్షాంశాల వద్ద ఉన్న దేశాలలో అనుభూతి చెందుతాయి. శీతాకాలంలో, ఈ ప్రదేశాలలో బయటి గాలి ఉష్ణోగ్రత సున్నా డిగ్రీల సెల్సియస్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల జీవితకాలం మరియు పనితీరు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వల్ల ప్రభావితమవుతాయి, ముఖ్యంగా ప్లగ్-ఇన్ హైబ్రిడ్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, స్వచ్ఛమైన ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు మరియు హైబ్రిడ్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలలో ఉపయోగించేవి. అంతరిక్ష ప్రయాణం అనేది లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు అవసరమయ్యే మరొక చల్లని వాతావరణం. ఉదాహరణకు, అంగారక గ్రహంపై ఉష్ణోగ్రత -120 డిగ్రీల సెల్సియస్‌కు పడిపోవచ్చు, ఇది అంతరిక్ష నౌకలో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల వినియోగానికి గణనీయమైన అడ్డంకిని కలిగిస్తుంది. తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతలు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ఛార్జ్ బదిలీ రేటు మరియు రసాయన ప్రతిచర్య కార్యకలాపాలలో తగ్గుదలకు దారితీయవచ్చు, ఫలితంగా ఎలక్ట్రోడ్ లోపల లిథియం అయాన్ల వ్యాప్తి రేటు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లో అయానిక్ వాహకత తగ్గుతుంది. ఈ క్షీణత శక్తి సామర్థ్యం మరియు శక్తిని తగ్గిస్తుంది మరియు కొన్నిసార్లు పనితీరును కూడా తగ్గిస్తుంది53.
అధిక ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం అధిక మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వాతావరణాలతో సహా విస్తృత శ్రేణి అప్లికేషన్ వాతావరణాలలో సంభవిస్తుంది, అయితే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం ప్రధానంగా తక్కువ ఉష్ణోగ్రత అప్లికేషన్ వాతావరణాలకు పరిమితం చేయబడింది. తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం ప్రధానంగా పరిసర ఉష్ణోగ్రత ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, అయితే అధిక ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం సాధారణంగా ఆపరేషన్ సమయంలో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ లోపల ఉన్న అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు మరింత ఖచ్చితంగా ఆపాదించబడుతుంది.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు అధిక కరెంట్ పరిస్థితులలో (ఫాస్ట్ ఛార్జింగ్ మరియు ఫాస్ట్ డిశ్చార్జింగ్‌తో సహా) వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి, దీని వలన అంతర్గత ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు గురికావడం వల్ల బ్యాటరీ పనితీరు క్షీణత కూడా సంభవించవచ్చు, ఇందులో సామర్థ్యం మరియు శక్తి కోల్పోవడం కూడా ఉంటుంది. సాధారణంగా, లిథియం కోల్పోవడం మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద క్రియాశీల పదార్థాల పునరుద్ధరణ సామర్థ్యం నష్టానికి దారితీస్తుంది మరియు అంతర్గత నిరోధకత పెరుగుదల కారణంగా విద్యుత్ నష్టం జరుగుతుంది. ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ తప్పితే, థర్మల్ రన్అవే జరుగుతుంది, ఇది కొన్ని సందర్భాల్లో ఆకస్మిక దహనానికి లేదా పేలుడుకు కూడా దారితీస్తుంది.
QSAR లెక్కింపులు అనేది జీవసంబంధ కార్యకలాపాలు మరియు సమ్మేళనాల నిర్మాణ లక్షణాల మధ్య సంబంధాలను గుర్తించడానికి ఉపయోగించే గణన లేదా గణిత నమూనా పద్ధతి. రూపొందించిన అన్ని అణువులు ఆప్టిమైజ్ చేయబడ్డాయి మరియు కొన్ని QSAR లక్షణాలు PM6 స్థాయిలో లెక్కించబడ్డాయి. పట్టిక 3 లెక్కించిన కొన్ని QSAR వివరణలను జాబితా చేస్తుంది. అటువంటి వివరణలకు ఉదాహరణలు ఛార్జ్, TDM, మొత్తం శక్తి (E), అయనీకరణ సంభావ్యత (IP), లాగ్ P మరియు ధ్రువణత (IP మరియు లాగ్ P ని నిర్ణయించడానికి సూత్రాల కోసం టేబుల్ 1 చూడండి).
గణన ఫలితాలు అధ్యయనం చేయబడిన అన్ని నిర్మాణాల మొత్తం ఛార్జ్ సున్నా అని చూపిస్తున్నాయి ఎందుకంటే అవి నేల స్థితిలో ఉన్నాయి. మొదటి పరస్పర చర్య సంభావ్యత కోసం, 3PVA-(C10) 2Na Alg కోసం గ్లిసరాల్ యొక్క TDM 2.788 డెబై మరియు 6.840 డెబై, అయితే 3PVA-(C10) 2Na Alg వరుసగా 1, 2, 3, 4 మరియు 5 యూనిట్ల గ్లిసరాల్‌తో సంకర్షణ చెందినప్పుడు TDM విలువలు 17.990 డెబై, 8.848 డెబై, 5.874 డెబై, 7.568 డెబై మరియు 12.779 డెబైలకు పెంచబడ్డాయి. TDM విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, పర్యావరణంతో దాని రియాక్టివిటీ అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది.
మొత్తం శక్తి (E) కూడా లెక్కించబడింది మరియు గ్లిసరాల్ మరియు 3PVA-(C10)2 NaAlg యొక్క E విలువలు వరుసగా -141.833 eV మరియు -200092.503 eVగా కనుగొనబడ్డాయి. ఇంతలో, 3PVA-(C10)2 NaAlgని సూచించే నిర్మాణాలు 1, 2, 3, 4 మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో సంకర్షణ చెందుతాయి; E వరుసగా -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 మరియు -1548.031 eVగా మారుతుంది. గ్లిసరాల్ కంటెంట్‌ను పెంచడం వల్ల మొత్తం శక్తి తగ్గుతుంది మరియు అందువల్ల రియాక్టివిటీ పెరుగుతుంది. మొత్తం శక్తి గణన ఆధారంగా, 3PVA-2Na Alg-5 గ్లై అయిన మోడల్ అణువు ఇతర మోడల్ అణువుల కంటే ఎక్కువ రియాక్టివ్‌గా ఉంటుందని నిర్ధారించబడింది. ఈ దృగ్విషయం వాటి నిర్మాణానికి సంబంధించినది. 3PVA-(C10)2NaAlg కేవలం రెండు -COONa సమూహాలను కలిగి ఉంటుంది, ఇతర నిర్మాణాలు రెండు -COONa సమూహాలను కలిగి ఉంటాయి కానీ అనేక OH సమూహాలను కలిగి ఉంటాయి, అంటే పర్యావరణం పట్ల వాటి ప్రతిచర్యాశీలత పెరుగుతుంది.
అదనంగా, ఈ అధ్యయనంలో అన్ని నిర్మాణాల అయనీకరణ శక్తులు (IE) పరిగణించబడతాయి. అధ్యయనం చేయబడిన నమూనా యొక్క రియాక్టివిటీని కొలవడానికి అయనీకరణ శక్తి ఒక ముఖ్యమైన పరామితి. ఒక అణువు యొక్క ఒక బిందువు నుండి అనంతం వరకు ఎలక్ట్రాన్‌ను తరలించడానికి అవసరమైన శక్తిని అయనీకరణ శక్తి అంటారు. ఇది అణువు యొక్క అయనీకరణ స్థాయిని (అంటే రియాక్టివిటీ) సూచిస్తుంది. అయనీకరణ శక్తి ఎక్కువగా ఉంటే, రియాక్టివిటీ తక్కువగా ఉంటుంది. 1, 2, 3, 4 మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో సంకర్షణ చెందుతున్న 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క IE ఫలితాలు వరుసగా -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 మరియు -9.323 eV, అయితే గ్లిసరాల్ మరియు 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క IEలు వరుసగా -5.157 మరియు -9.341 eV. గ్లిసరాల్ కలపడం వల్ల IP విలువ తగ్గినందున, పరమాణు రియాక్టివిటీ పెరిగింది, ఇది ఎలక్ట్రోకెమికల్ పరికరాల్లో PVA/NaAlg/గ్లిసరాల్ మోడల్ అణువు యొక్క అనువర్తన సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది.
పట్టిక 3 లోని ఐదవ వివరణ లాగ్ పి, ఇది విభజన గుణకం యొక్క సంవర్గమానం మరియు అధ్యయనం చేయబడుతున్న నిర్మాణం హైడ్రోఫిలిక్ లేదా హైడ్రోఫోబిక్ అని వివరించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ప్రతికూల లాగ్ పి విలువ హైడ్రోఫిలిక్ అణువును సూచిస్తుంది, అంటే ఇది నీటిలో సులభంగా కరిగిపోతుంది మరియు సేంద్రీయ ద్రావకాలలో పేలవంగా కరిగిపోతుంది. సానుకూల విలువ వ్యతిరేక ప్రక్రియను సూచిస్తుంది.
పొందిన ఫలితాల ఆధారంగా, అన్ని నిర్మాణాలు హైడ్రోఫిలిక్ అని నిర్ధారించవచ్చు, ఎందుకంటే వాటి లాగ్ P విలువలు (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly మరియు 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) వరుసగా -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 మరియు -8.504, అయితే గ్లిసరాల్ యొక్క లాగ్ P విలువ -1.081 మరియు 3PVA-(C10)2Na Alg -3.100 మాత్రమే. దీని అర్థం నీటి అణువులను దాని నిర్మాణంలో చేర్చినప్పుడు అధ్యయనం చేయబడుతున్న నిర్మాణం యొక్క లక్షణాలు మారుతాయి.
చివరగా, అన్ని నిర్మాణాల ధ్రువణతలను కూడా PM6 స్థాయిలో సెమీ-ఎంపిరికల్ పద్ధతిని ఉపయోగించి లెక్కిస్తారు. చాలా పదార్థాల ధ్రువణత వివిధ అంశాలపై ఆధారపడి ఉంటుందని గతంలో గుర్తించబడింది. అతి ముఖ్యమైన అంశం అధ్యయనంలో ఉన్న నిర్మాణం యొక్క పరిమాణం. 3PVA మరియు 2NaAlg మధ్య మొదటి రకమైన పరస్పర చర్యను కలిగి ఉన్న అన్ని నిర్మాణాలకు (కార్బన్ అణువు సంఖ్య 10 ద్వారా పరస్పర చర్య జరుగుతుంది), గ్లిసరాల్ జోడించడం ద్వారా ధ్రువణత మెరుగుపడుతుంది. 1, 2, 3, 4 మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో పరస్పర చర్యల కారణంగా ధ్రువణత 29.690 Å నుండి 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 మరియు 54.638 Å వరకు పెరుగుతుంది. అందువల్ల, అత్యధిక ధ్రువణత కలిగిన మోడల్ అణువు 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly అని కనుగొనబడింది, అయితే అత్యల్ప ధ్రువణత కలిగిన మోడల్ అణువు 3PVA-(C10)2NaAlg, ఇది 29.690 Å.
QSAR డిస్క్రిప్టర్‌ల మూల్యాంకనం 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly ని సూచించే నిర్మాణం మొదటి ప్రతిపాదిత పరస్పర చర్యకు అత్యంత రియాక్టివ్ అని వెల్లడించింది.
PVA ట్రైమర్ మరియు NaAlg డైమర్ మధ్య రెండవ ఇంటరాక్షన్ మోడ్ కోసం, ఫలితాలు వాటి ఛార్జీలు మొదటి ఇంటరాక్షన్ కోసం మునుపటి విభాగంలో ప్రతిపాదించిన వాటికి సమానంగా ఉన్నాయని చూపిస్తున్నాయి. అన్ని నిర్మాణాలు సున్నా ఎలక్ట్రానిక్ ఛార్జ్ కలిగి ఉంటాయి, అంటే అవన్నీ భూమి స్థితిలో ఉన్నాయని అర్థం.
పట్టిక 4లో చూపిన విధంగా, టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg యొక్క TDM విలువలు (PM6 స్థాయిలో లెక్కించబడ్డాయి) 11.581 Debye నుండి 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 మరియు 15.756కి పెరిగాయి, అప్పుడు టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5, మరియు 6 యూనిట్ల గ్లిసరాల్‌తో చర్య జరిపింది. అయితే, గ్లిసరాల్ యూనిట్ల సంఖ్య పెరిగే కొద్దీ మొత్తం శక్తి తగ్గుతుంది మరియు టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg నిర్దిష్ట సంఖ్యలో గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో (1 నుండి 6) సంకర్షణ చెందినప్పుడు, మొత్తం శక్తి వరుసగా − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964, మరియు − 1637.432 eV అవుతుంది.
రెండవ పరస్పర చర్య సంభావ్యత కోసం, IP, Log P మరియు ధ్రువణత కూడా PM6 స్థాయి సిద్ధాంతంలో లెక్కించబడతాయి. అందువల్ల, వారు పరమాణు ప్రతిచర్య యొక్క మూడు అత్యంత శక్తివంతమైన వివరణలను పరిగణించారు. 1, 2, 3, 4, 5 మరియు 6 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో సంకర్షణ చెందుతున్న End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg ను సూచించే నిర్మాణాలకు, IP −9.385 eV నుండి −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 మరియు −8.900 eV కి పెరుగుతుంది. అయితే, గ్లిసరాల్‌తో End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg యొక్క ప్లాస్టిసైజేషన్ కారణంగా లెక్కించబడిన Log P విలువ తక్కువగా ఉంది. గ్లిసరాల్ కంటెంట్ 1 నుండి 6 కి పెరిగేకొద్దీ, దాని విలువలు -3.643 కి బదులుగా -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 మరియు -10.53 అవుతాయి. చివరగా, గ్లిసరాల్ కంటెంట్‌ను పెంచడం వల్ల టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg యొక్క ధ్రువణత పెరిగిందని ధ్రువణత డేటా చూపించింది. మోడల్ అణువు టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg యొక్క ధ్రువణత 6 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో సంకర్షణ తర్వాత 31.703 Å నుండి 63.198 Å కి పెరిగింది. రెండవ పరస్పర చర్య సంభావ్యతలో గ్లిసరాల్ యూనిట్ల సంఖ్యను పెంచడం వలన పెద్ద సంఖ్యలో అణువులు మరియు సంక్లిష్ట నిర్మాణం ఉన్నప్పటికీ, గ్లిసరాల్ కంటెంట్ పెరుగుదలతో పనితీరు ఇంకా మెరుగుపడుతుందని నిర్ధారించడానికి నిర్వహించబడుతుందని గమనించడం ముఖ్యం. అందువల్ల, అందుబాటులో ఉన్న PVA/Na Alg/గ్లిజరిన్ మోడల్ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను పాక్షికంగా భర్తీ చేయగలదని చెప్పవచ్చు, అయితే మరింత పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి అవసరం.
ఒక ఉపరితలం యొక్క బైండింగ్ సామర్థ్యాన్ని ఒక అడ్సోర్బేట్‌కు వర్గీకరించడానికి మరియు వ్యవస్థల మధ్య ప్రత్యేకమైన పరస్పర చర్యలను అంచనా వేయడానికి ఏదైనా రెండు అణువుల మధ్య ఉన్న బంధం రకం, ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ మరియు ఇంట్రామోలిక్యులర్ పరస్పర చర్యల సంక్లిష్టత మరియు ఉపరితలం మరియు యాడ్సోర్బెంట్ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత పంపిణీ గురించి జ్ఞానం అవసరం. QTAIM విశ్లేషణలో బంధ బలాన్ని అంచనా వేయడానికి సంకర్షణ చెందుతున్న అణువుల మధ్య బాండ్ క్రిటికల్ పాయింట్ (BCP) వద్ద ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత చాలా కీలకం. ఎలక్ట్రాన్ ఛార్జ్ సాంద్రత ఎక్కువగా ఉంటే, సమయోజనీయ పరస్పర చర్య మరింత స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు సాధారణంగా, ఈ క్లిష్టమైన పాయింట్ల వద్ద ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది. అంతేకాకుండా, మొత్తం ఎలక్ట్రాన్ శక్తి సాంద్రత (H(r)) మరియు లాప్లేస్ ఛార్జ్ సాంద్రత (∇2ρ(r)) రెండూ 0 కంటే తక్కువగా ఉంటే, ఇది సమయోజనీయ (సాధారణ) పరస్పర చర్యల ఉనికిని సూచిస్తుంది. మరోవైపు, ∇2ρ(r) మరియు H(r) 0.54 కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, బలహీనమైన హైడ్రోజన్ బంధాలు, వాన్ డెర్ వాల్స్ శక్తులు మరియు ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ పరస్పర చర్యల వంటి నాన్-కోవాలెంట్ (క్లోజ్డ్ షెల్) పరస్పర చర్యల ఉనికిని ఇది సూచిస్తుంది. QTAIM విశ్లేషణ అధ్యయనం చేయబడిన నిర్మాణాలలో నాన్-కోవాలెంట్ పరస్పర చర్యల స్వభావాన్ని గణాంకాలు 7 మరియు 8లో చూపిన విధంగా వెల్లడించింది. విశ్లేషణ ఆధారంగా, 3PVA − 2Na Alg మరియు టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg ను సూచించే మోడల్ అణువులు వేర్వేరు గ్లైసిన్ యూనిట్లతో సంకర్షణ చెందే అణువుల కంటే అధిక స్థిరత్వాన్ని చూపించాయి. ఎందుకంటే ఆల్జీనేట్ నిర్మాణంలో ఎక్కువగా ప్రబలంగా ఉన్న అనేక నాన్-కోవాలెంట్ పరస్పర చర్యలు, ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ పరస్పర చర్యలు మరియు హైడ్రోజన్ బంధాలు ఆల్జీనేట్ మిశ్రమాలను స్థిరీకరించడానికి వీలు కల్పిస్తాయి. ఇంకా, మా ఫలితాలు 3PVA − 2Na Alg మరియు టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg మోడల్ అణువులు మరియు గ్లైసిన్ మధ్య నాన్-కోవాలెంట్ పరస్పర చర్యల ప్రాముఖ్యతను ప్రదర్శిస్తాయి, ఇది మిశ్రమాల మొత్తం ఎలక్ట్రానిక్ వాతావరణాన్ని సవరించడంలో గ్లైసిన్ ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుందని సూచిస్తుంది.
(a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, మరియు (f) 5Gly లతో సంకర్షణ చెందుతున్న మోడల్ అణువు 3PVA − 2NaAlg యొక్క QTAIM విశ్లేషణ.